能源贮存
能源贮存
能量的储存 在能源开采或收集、转换、输送和利用过程中,由于能量的供需之间,往往存在数量上、形 态上和时间上的差异,因此,为了有效地利用能源,需要进行能量的储存。煤炭、石油、核燃料、 生物质等无需转化可以直接储存,也便于输送。天然气也容易储存,如果需要长距离的大量输送 天然气,对于陆上也可以敷设大口径的管道,但如果需要越洋输送,则为了提高输送效率,需要 先将天然气液化,以减小体积。 对于有些能源如太阳能、风能、电能等则无法直接储存,只能先转化为其他形式的能量,如 太阳能可以通过各种蓄热材料晢时儲存;电能可以通过冰蓄冷、抽水蓄能电站等方式达到储存目 的 随着石油资源的减少,也为了降低对环境的保护,天然气、氢气等含碳比例低或不含碳的燃 料作为汽车的动力源日益得到关注。但是,作为汽车的燃料,气态天然气和氢气的能量密度太低。 同样体积的容器,所储存汽油的热量更大
日前,天然气汽车主要采用的是压缩天然气,也有采用液化天然气的。压缩天然气的压力 般在20MPa左右。由甲烷含量9%以上的天然气,经过脱水、脱硫净化后,经过多级加压制得。 而液化天然气是将甲烷含量9%以上的天然气,在常压下冷却到-J61℃液化。天然气液化后体积 小了620倍,压力也大为降低,但需要低温储存。 氢气直接燃烧或作为燃料电池的能源用作汽车动力,也存在有效储存氢的问题
储能技术 为了弥补能量供需之间数量上、形态上和时间上的差异,有效地利用能源常采取储存和释放 能量的人为过程或技术手段,称为储能技术。 自然界中各种形式的能源通过直接或间接的方式提供人类所利用,能量的利用过程实质是能 量的传递与形式转换的过程。在能源的实际应用中,以热能和电能形式的能量占了能源相当大的 比例。因此,从某种意义上讲,能源的利用就是热能和电能的利用。 热能利用有直接利用和间接利用两种基本方式。热能直接利用是指直接用热能加热物体,热 能的形式不发生变化。热能的间接利用表现为动力利用,即将热能转变为机械能,或再由机械能 转变为电能,以满足人类生产和生活对动力的需要。而电能几乎可以用于任何用能场合
无论是常规能源还是新能源,一般都是首先转变为热能或电能后再加以利用。常规能源具有 良好的储存性,但在转换利用过程中,需要储能技术,如矿物燃料和核燃料本身性质稳定,它们 用于发电时,电能却是不易储存的能量。太阳能、风能等新能源受制于间断性和不稳定性,不能 保持均衡地产生热量或电量。如太阳能只能在白天得到利用,风能的输出变化不定,因此,也需 要储能技术。 通过储能技术可以在一定程度上解决热能或电能供求之间在时间上的不匹配问题,因而往往 也将其视作为一种能源调峰技术。利用各种储能技术,可以在能源用户侧建立储能系统,将丰富 的谷期能源以多种形式或方法储存起来弥补用能高峰期的能源不足,从而达到以分散的形式调 节能源负荷的目的。 热能的储存和电能的储存,一般也分别称为蓄热和蓄电
蓄热 蓄热原理主要有显热蓄热、潜热蓄热和化学反应热蓄热三种。 显热蓄热就是利用多余的热量对蓄热材料进行加热,使其温度升高,内能増加。需要时再通 过温差将热量从高温侧的蓄热材料释放或传递到低温侧的被加热对象,从而达到蓄热的目的。这 种蓄热方式简单,在蓄热和释放热量的过程中,蓄热材料温度连续变化,但不发生任何化学反应, 也不发生相变。欲使蓄热器具有较高的容积蓄热密度,要求蓄热材料有高的比热容和密度。应用 最多的蓄热材料是水和石块。 潜热蓄热是利用蓄热过程中蓄热材料的相变,即液体气化、固体熔化或固体升华,吸收大量 的热量贮存。需要释放蓄热量时,则进行逆向相变,即气体液化或液体固化。潜热蓄热材料称为 相变材料,其贮存能量密度高,体积小,在相变贮能过程中近似恒温。一般液·气或固-气转化时 伴随的相变潜热远大于固-液转化时的相变潜热,但前者容积变化大,应用上比较困难。实际应用 中一般采用固-液相变式蓄热
化学反应蓄热是利用物质吸收热量进行化学反应生成另外的物质,从而达到蓄热的目的。当 需要释放所蓄热量时,进行逆向化学反应,在恢复成原来物质的同时,放出热量。这种方式贮能 密度大,但技术难度大。 根据上述蓄热原理,有多种蓄热方式,下面介绍几种蓄热应用实例 1)蒸汽蓄热器 工厂生产中许多设备需要用到蒸汽,而蒸汽一般由锅炉提供。如果用汽的生产设备对蒸汽的 需用量是变化的,要求锅炉随之改变负荷,则一是不能保证同步,二是锅炉运行会因此不稳定, 且热效率下降。如果使锅炉的正常运行负荷满足需用量的瞬间最大值,即采用高额定负荷的锅炉, 当用汽下降时,将多余蒸汽排掉,显然这是不合理的
采用蒸汽蓄器则无需锅炉的正常运行负荷设定在需用量的瞬间最大值,可以取最大需用量与 最小需用量之间的一个值,如,需用量平均瞬间值。这样在采用较低额定负荷锅炉时,也既能保 证供汽系统压力稳定在要求的工作范围内,又能提高蒸汽供应系统瞬间的供汽能力。在不降低锅 炉燃烧效率的情况下,也不浪费蒸汽。 图3-3-1为一种卧式蒸汽蓄热器结构及其与锅炉并联时的蒸汽供应系统。当锅炉生产的蒸汽 量大于低压侧热用户的用汽量时,由于排汽管内压力大于蓄热器内压力,则部分蒸汽通入蓄热器 的水中以加热水,使蓄热器中的水温和压力升高,形成一定压力的饱和水,达到蓄热目的。 当低压侧热用户的用汽量大于锅炉的生产量时,蓄热器排汽管内压力下降,蓄热器内压力大 于排汽管内压力,蓄热器上部空间的蒸汽流向低压分汽缸供出。这时由于蓄热器上部空间蒸汽的 流出,压力下降,使原先的饱和状态失去平衡,导致水的沸腾蒸发流出,以补充锅炉的产汽不足, 随着水的不断蒸发流出以及水温的下降,从而放出原先蓄贮的蒸汽热量
1-低压分汽缸:2-蒸汽蓄热器:3-循环导流筒:4蒸汽喷嘴:5-排水阀 6进水阀及止回阀:7-液位计:8-锅炉:9-高压分汽缸:10,11-自动调节阀 12-压力表;13-进气止回阀截止阀:14排气截止阀止回阀:15-放空气阀 图33-1卧式蒸汽蓄热器及其与锅炉并联时的蒸汽供应系统
2)蓄热式热泵 热泵是一种从低温热源吸收热量,并向高温热源放出的装置。在这过程中当然需要消耗一部 分机械能,否则就违反了热力学第二定律。而且所消耗的机械能也转化为热量,与从低温吸收的 膨胀阀 冷凝器 蒸发器 压缩机 图3-3-2压缩式热泵系统
